DE19960325B4

DE19960325B4 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

Info

Publication number: DE19960325B4
Application number: DE19960325A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: US6807863B2; US20030154765A1; WO2001044771A1; DE19960325A1; JP4800539B2; JP2003517596A; KR20020065567A; KR100744963B1; EP1240489A1

Abstract

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem
– die Druckhülse (2; 22) mit einer äußeren unteren Basisfläche (20) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist, wobei die äußere untere Basisfläche (20) vor der Montage eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, die durch den Druck der Montage veränderbar ist, und mit
– einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und weiteren Bauelementen (8, 9), die außen an der Druckhülse (2; 22) unter einer axialen Vorspannung an einer der äußeren unteren Basisfläche (20) gegenüberliegenden Auflagefläche (21) im Inneren der Druckhülse (2; 22) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Auflagefläche (21) vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung (7, 5, 6, 8) weitgehend plan an der Auflagefläche (21) aufliegt, wobei die Winkel (α, β), unter denen die äußere untere Basisfläche (20) konkav und...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bereits in der DE 44 03 660 A1 ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse beschrieben, der als Klopfsensor für die Überwachung der Funktion eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Diese Druckhülse wird über einen Auflagebereich fest an das die Schwingungen verursachende Bauteil, hier an den Motorblock des Verbrennungsmotors, angefügt.
Die zu detektierenden Schwingungen sind bei der bekannten Anordnung Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhülse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement mit dazwischenliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signalabgriff ermöglichen, geleitet werden damit ein auswertbares elektrisches Ausgangssignal erzeugen.
Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sensoranordnung in der Druckhülse und die Befestigung des Schwingungsaufnehmers am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluss sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen im Betrieb. Die Einspannung des Sensorelements mitsamt einer Vielzahl von Einzelteilen, z.B. mit einer Feder und einer seismischen Masse erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsaufnehmer beispielsweise mit einem Gewindering, der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist.
Beim Befestigen des bekannten Schwingungsaufnehmers am die Schwingungen verursachenden Bauteil mittels einer axial wirkenden Schraube, wird die von außen zur Mittelbohrung hin konkave Basisfläche der Druckhülse auf die gegenüberliegende Fläche am Bauteil gedrückt. Durch diesen Druck stellt sich die innen gegenüberliegende Auflagefläche der Druckhülse, an der das Sensorelemente eingespannt ist, ebenfalls unter den gleichen Winkel, unter dem die Basisfläche konkav ist. Es kann sich somit zwischen der Auflagefläche und der Sensoranordnung, hier insbesondere der Keramikscheibe mit den Isolations- und Kontaktscheiben, im radial innenliegenden Bereich ein Hohlraum herausbilden.
Da dieser, Hohlraum durch elastisches Verformen der relativ steifen Sensorteile in der Regel nur geringfügig kompensiert werden kann, wird eine optimales Einleiten der Schwingungen über die Druckhülse auf die eigentliche Sensoranordnung erschwert.
Vorteile der Erfindung
Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse mit einer zunächst konkaven Basisfläche auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist, wird erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass für eine Sensoranordnung, die an einer der Basisfläche innen gegenüberliegenden Auflagefläche der Druckhülse gehalten ist, die Auflagefläche vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist. Die Kontur der Auflagefläche ist dabei so bemessen, dass nach der Montage die Sensoranordnung weitgehend plan an der Auflagefläche aufliegt.
Die Basisfläche, die vor der Montage die konkav verlaufende Kontur aufweist, wird dabei durch den Druck der Montage, in der Regel über eine durch eine Mittelbohrung geführte Schraube, verändert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Winkel, unter denen die Basisflächen konkav und die Auflagefläche konvex sind, vor der Montage in etwa gleich, z.B. im Bereich von 10' bis 20', so dass diese in jedem Fall immer parallel verlaufen.
Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass nach dem Befestigen des Schwingungsaufnehmers durch die beschriebene Bearbeitung der Auflagefläche und der Basisfläche auch eine plane Auflage für die Sensoranordnung geschaffen ist. Die wesentlichen Bestandteile der Sensoranordnung für einen Klopfsensor als Schwingungsaufnehmer sind hier eine Piezokeramik zur Erzeugung eines elektrischen Signals und eine darüberliegende seismische Masse, die somit immer planparallel aufeinander liegen.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers mit einer Druckhülse wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach dem Stand der Technik und
2 eine Detaildarstellung einer erfindungsgemäßen Druckhülse.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist als Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoffgehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeordnet ist. Die Druckhülse 2 weist im Bereich ihres unteren Endes einen flanschartigen Rand 3 auf, über den sie mit ihrer unteren Basisfläche 20 auf dem hier nicht darge stellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, aufliegt.
Am Außenumfang 4 der Druckhülse 2 sind, ausgehend von einer unteren Auflagefläche 21 am flanschartigen Rand 3, folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 5, eine erste Kontaktscheibe 6, eine piezokeramische Scheibe 7 als eigentliches Sensorelement und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 6 sowie eine zweite Isolierscheibe 5. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 8 aufgesetzt, die mit einer ringförmigen Feder 9 in Richtung der piezokeramischen Scheibe 7 gedrückt wird. Eine Vorspannung der Feder 9 wird durch einen Gewindering 10 erzeugt, welcher auf ein Außengewinde 11 am oberen Teil der Druckhülse 2 aufgeschraubt ist.
In einem integrierten Anschlussteil 12 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellten Kunststoffgehäuses 1 sind elektrische Anschlüsse 13 für die Kontaktscheiben 6 und Flachstecker 14 eingespritzt. Die Flachstecker 14 sind dadurch mit den beiden Kontaktscheiben 6 verbunden, wodurch über die beiden Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezokeramischen Scheibe 7 besteht und die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 7 in axialer Richtung erzeugt wird, abnehmbar ist.
Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 15 in der Druckhülse 2 ist eine hier nicht dargestellte Befestigungsschraube führbar, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Motorblock des Verbrennungsmotors befestigbar ist. Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment, auf die Druckhülse 2 über die untere Basisfläche 20 übertragen, d.h. auf die piezokeramischen Scheibe 7 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.
Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der Feder 9. Die Vorspannkraft ist so gewählt, dass an der piezokeramischen Scheibe 7 gerade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektrischen Signals ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 8 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 7 in Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Gerät auswertbar sind.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Beispiel nach der 1 ist die Basisfläche 20 konisch ausgebildet, wobei diese zur Bohrung 15 hin abfällt und somit im äußeren Bereich des flanschartigen Randes 3 eine Erhebung entsteht. Aufgrund des konischen Verlaufs der Basisfläche 20 kann nun die Druckhülse 2 voll an die Befestigungsfläche des Motorblocks angepresst werden.
Aus 2 ist eine Detaildarstellung einer erfindungsgemäßen Druckhülse 22 zu entnehmen, bei der nicht nur eine konische Kontur der Basisfläche 20 sondern auch in Abänderung der Druckhülse 2 nach der 1 ein korrespondierend konvexer Verlauf der Auflagefläche 21 vorhanden ist. Zur optimalen Befestigung des gesamten Schwingungsaufnehmers ist der Winkel α der konischen Kontur der Basisfläche 20 und der Winkel β der konvexen Kontur der Auflagefläche 21 relativ klein, zum Beispiel 10' bis 20', wobei als Material für die Druckhülse 22 Stahl oder Messing verwendet wird. Vorzugsweise sind beide Winkel α und β gleich groß, damit insbesondere die piezokeramische Scheibe 7 und die seismische Masse 8 nach der Montage immer planparallel aufeinander liegen.
Bei der Auswahl der Winkel α und β ist auch darauf zu achten, dass beim Anziehen der nicht dargestellten Befestigungsschraube der konische Bereich der Basisfläche 20 vom äußeren Rand her, d.h. dass zuerst der Auflagebereich mit dem größeren Durchmesser, auf dem Bauteil zum Anliegen kommt, und dann bei zunehmendem Anzugsmoment der Befestigungsschraube die übrigen Bereiche des konischen Bereichs zur Anlage auf dem Bauteil kommen. Dadurch kommt nahezu der gesamte konische Bereich zur Anlage. Die Verformung, auf die Winkel α und β abzustimmen sind, soll ganz oder vorwiegend im elastischen Bereich des verwendeten Materials der Druckhülse 22 liegen, so dass aufgrund der sogenannten Restelastizität beim Lösen der Befestigungsschraube sich die konische Form wieder nahezu zurückbilden kann.

Claims

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem – die Druckhülse (2; 22) mit einer äußeren unteren Basisfläche (20) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist, wobei die äußere untere Basisfläche (20) vor der Montage eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, die durch den Druck der Montage veränderbar ist, und mit – einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und weiteren Bauelementen (8, 9), die außen an der Druckhülse (2; 22) unter einer axialen Vorspannung an einer der äußeren unteren Basisfläche (20) gegenüberliegenden Auflagefläche (21) im Inneren der Druckhülse (2; 22) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Auflagefläche (21) vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung (7, 5, 6, 8) weitgehend plan an der Auflagefläche (21) aufliegt, wobei die Winkel (α, β), unter denen die äußere untere Basisfläche (20) konkav und die Auflagefläche (21) konvex verläuft, vor der Montage gleich sind.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die gleichen Winkel (α, β) im Bereich von 10' bis 20' liegen.